近20年來，受極端天氣頻發(fā)、水稻主栽品種抗源單一、病原菌快速變異等多方面因素影響，水稻白葉枯病已從區(qū)域性檢疫病害蔓延至全國所有稻區(qū)，成為制約水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要瓶頸。挖掘新型抗病基因、培育抗病與產(chǎn)量兼顧的水稻新品種，已成為保障國家糧食安全的迫切需求。

北京時間4月8日深夜，中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心何祖華院士團隊聯(lián)合上海交通大學、浙江大學等單位，在國際頂級期刊《自然》發(fā)表重要成果。研究成功克隆廣譜抗白葉枯病基因Xa48，闡明水稻免疫抗病新機制，揭示馴化過程中抗病與產(chǎn)量的平衡規(guī)律，為培育高抗高產(chǎn)水稻新品種提供關(guān)鍵理論與技術(shù)支撐，是我國農(nóng)業(yè)生物育種領(lǐng)域的又一里程碑式突破。

找到“免疫衛(wèi)士”Xa48，精準對抗本土病菌

研究團隊對數(shù)千份水稻資源進行大規(guī)模篩選，利用能克服傳統(tǒng)抗病基因Xa21的毒性菌株，在秈稻品種“雙科早”中鑒定出全新抗病基因Xa48。與Xa21主要針對東南亞病原菌不同，Xa48更適配我國及東北亞地區(qū)流行的白葉枯病菌，抗性更具針對性。

研究明確，Xa48編碼免疫受體蛋白，可精準識別病原菌毒性蛋白 XopG，通過降解免疫抑制蛋白OsVOZ1/2激活水稻防御系統(tǒng)，從源頭阻止病菌入侵。這一全新免疫作用模型，為水稻抗白葉枯病機制研究提供了重要科學依據(jù)。

馴化秘密揭曉：粳稻為何“丟掉”抗病基因？

水稻分為秈稻與粳稻兩大亞種，二者抗病性差異顯著。本次研究首次從進化角度給出答案：在數(shù)千年人工馴化中，粳稻基因組逐漸丟失了Xa48，而該基因僅保留在秈稻中。

原因在于，Xa48相關(guān)免疫模塊會影響粳稻產(chǎn)量性狀。歷史上粳稻多種植于長江以北，水患與病害壓力較??；秈稻主栽于高溫高濕、病害高發(fā)的南方稻區(qū)。在“高產(chǎn)優(yōu)先”的選擇壓力下，粳稻逐步舍棄 Xa48，而南方秈稻則保留了這一抗病關(guān)鍵基因。研究還首次提出，我國古代水利灌溉體系的發(fā)展，改變了稻田病害發(fā)生環(huán)境，間接塑造了水稻亞種間的抗病基因差異。

XA48介導的免疫信號通路及Xa48-OsVOZ1免疫模塊的馴化規(guī)律 雙重免疫疊加，實現(xiàn)水稻抗病與產(chǎn)量雙贏

長期以來，作物育種面臨“抗病易減產(chǎn)、高產(chǎn)易感病”的矛盾。何祖華團隊創(chuàng)新提出基礎(chǔ)抗病+?；共’B加策略，將Xa21的基礎(chǔ)抗性與Xa48的強?；剐越Y(jié)合，為水稻構(gòu)建雙重防御體系。

基礎(chǔ)抗病性可應(yīng)對所有病菌變種，如同人體基礎(chǔ)免疫力；?；共⌒詣t精準對抗主流流行菌株，類似疫苗的保護效果。聚合兩種抗性的水稻新品系，在臺風、洪水等極端條件下仍保持穩(wěn)定抗性，且不影響產(chǎn)量等關(guān)鍵農(nóng)藝性狀。該研究首次在作物中證實，雙重免疫網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)野生稻級別的廣譜抗病性，為病害綠色防控提供全新路徑。

臺風降雨導致白葉枯病爆發(fā)
Xa21Xa48聚合田間抗性鑒定 成果快速轉(zhuǎn)化，把“農(nóng)業(yè)芯片”握在自己手里

這項研究已實現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的高效轉(zhuǎn)化，目前被隆平高科、荃銀高科、中國水稻研究所、中國農(nóng)科院等多家單位直接用于新品種培育，將可提升高抗高產(chǎn)水稻選育效率。

這是何祖華團隊繼2017年在《科學》發(fā)表稻瘟病廣譜抗病基因 Pigm后，又一項世界級成果。

種業(yè)是農(nóng)業(yè)的“芯片”，抗病育種是保障糧食穩(wěn)產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)。本次Xa48基因的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，不僅破解了白葉枯病防控難題，更建立起可復制的廣譜抗病育種體系，顯著提升我國水稻種業(yè)自主創(chuàng)新能力，為把種子牢牢攥在自己手里、保障國家糧食安全、推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供堅實科技支撐。

何祖華院士（左二）與林輝（左一）等團隊成員在田間觀察水稻表型，為抗病品種培育獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)